JVM詳解之:HotSpot VM中的Intrinsic methods
簡介
內置方法是什麼呢？它和inline method有什麼關係呢？內置方法是怎麼實現的呢？所有的問題都可以在本文找到答案。
什麼是Intrinsic Methods
什麼是內置方法呢？
維基百科給出的定義是這樣的：
在計算機軟件中，按照編譯器理論，固有方法（或內置方法）是可在給定編程語言中使用的方法，該編程語言的實現由編譯器專門處理。通常，它可以將自動生成的指令序列替換為原始方法調用，類似於內聯方法。與內聯方法不同，編譯器對內置方法有深入的了解，因此可以針對給定情況更好地集成和優化它。
實現內置方法的編譯器通常僅在程序請求優化時才啟用它們，否則會退回到語言運行時環境提供的默認實現。
所以總結一下，內置方法就是編譯器內置的方法實現。
內置方法的特點
內置方法有什麼特點呢？我們在這裡總結一下。
多樣性
因為內置方法是在編譯器內部實現的，所以不同的虛擬機，其內置方法是不一樣的。
我們不能直接說哪個方法是內置方法，因為不同的JVM是不同的。
兼容性
內置方法是在需要的時候才會使用的，如果在不需要的時候則會回退到普通的方法實現，也就是java代碼的實現。
所以在java源代碼級別來看，內置方法和非內置方法是一樣的。他們的區別在於JVM的實現。
java語義的擴展
有些方法用普通的java代碼是無法實現的。比如sun.misc.Unsafe.compareAndSwapInt()。
我們只能使用JNI或者內置方法來對其實現。所以內置方法可以實現對java語義的擴展。
一般來說，JDK和核心庫中，能使用內置方法優化都已經優化了。所以我們在平時的代碼調用中，一定要儘可能的使用JDK的公共API和核心庫，這樣才能充分利用內置方法的特性，從而提升程序效率。
Hotspot VM中的內置方法
那麼對於Hotspot VM來說，內置的方法有哪些呢？
Hotspot VM中所有的內置方法都在src/share/vm/classfile/vmSymbols.hpp類中：
上圖我只截取了部分標記為intrinsic方法的類的說明。
可以看到java.lang.Math中大部分的方法都是intrinsic的方法。
怎麼查看我們代碼中調用的方法是不是intrinsic方法呢？
很簡單，在java命令之前加上這些參數即可：
-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintCompilation -XX:+PrintInlining
舉個最常用的查看java版本的例子：
java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintCompilation -XX:+PrintInlining version
看下輸出結果：
從結果可以很清楚的看到，java.lang.System.arraycopy方法是內置方法。
另外我們可以通過更加底層的彙編語言來查看，再添加
-XX:+PrintAssembly
我們看下輸出結果：
invokestatic意味着該方法就是intrinsified方法。
intrinsic方法和內聯方法
內聯方法就是把調用方函數代碼”複製”到調用方函數中，減少因函數調用開銷的技術。
intrinsic方法大部分都是內聯方法。
intrinsic方法的實現
前面我們提到了內置方法是在編譯器實現的。
在Hotspot VM中其實有3中編譯器。
第一種就是javac將java源代碼編譯成為位元組碼。
在這一層，只有一些math方法和bootstrapping的MethodHandle是在這一層實現的。
第二種就是在JIT的Client Compiler (C1)。
第三種就是在JIT的Server Compiler (C2)。
舉一個例子，我們看一下java.lang.System.currentTimeMillis()方法：
@HotSpotIntrinsicCandidate
public static native long currentTimeMillis();
JDK源碼使用了HotSpotIntrinsicCandidate註解。這個註解只是表示該方法可能會被用於Intrinsic，而並不意味着一定使用Intrinsic。
這個方法在Interpreter級別是沒有intrinsified。因為這是一個native方法，所以會通過JNI調用底層的C++實現。
而在C1和C2級別，會使用intrinsified, 直接調用os::javaTimeMillis()。
好處就是減少了JNI的使用，提升效率。
好了問題來了，我們可以自己實現intrinsified方法嗎？
答案是可以，不過需要修改底層的JVM實現。
這裡有兩個具體的例子，感興趣的大家可以自行研究。
C1級別修改（First cut: C1 Class.isInstance intrinsic）：
//gist.github.com/rednaxelafx/2830194
C2級別修改（Example (XS) of adding an intrinsic method to HotSpot C2. Patch against HS20-b12）：
//gist.github.com/rednaxelafx/1986224
Graal
因為Hotspot VM是用C++編寫的，如果要添加Intrinsic方法，對於那些不熟悉C++的朋友來說就太難了。
沒關係，Oracle開發了一個項目叫做Graal。 Graal是一個用java編寫的新款JIT編譯器。
Graal是基於Java的JIT編譯器，是JDK 9中引入的實驗性Ahead-of-Time（AOT）編譯器的基礎。
開啟Graal的參數：
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseJVMCICompiler
通過Graal，我們可以用java來實現Intrinsic方法，想想就讓人興奮。
總結
Intrinsic方法是一個非常有用的特性，希望大家能夠喜歡。
本文作者：flydean程序那些事
本文鏈接：//www.flydean.com/jvm-intrinsic-method/
本文來源：flydean的博客
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